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助磨剂在水泥粉磨中的作用及对水泥性能的影响

来源:原创 浏览:1964 发布日期:2020-04-30

1 前言

水泥粉磨是水泥生产工艺中最重要的环节之一,而粉磨工艺中的电耗约占水泥生产总能耗的60~70%,其中水泥成品的粉磨电耗占总电耗30~40%。水泥的粉磨工艺过程是水泥物料(如熟料、混合材及石膏等)颗粒由大变小的过程,也是电能转化为机械能进而转化为水泥粉体表面能的能量转化过程,而能量转化效率直接决定了能量的利用率。如何提高粉磨工艺过程中能量的转化效率就成为提高粉磨效率或是能量利用率的一个关键诉求。

2 助磨剂在水泥生产中的节能降耗作用

2.1 提高水泥粉磨效率

助磨剂的分散作用,消除了水泥颗粒在磨机内的团聚,磨细的水泥颗粒被及时通过篦板输送出磨,减少了过粉磨现象,提高了磨机的粉磨效率,助磨剂的分散作用可使磨内糊球、糊衬板现象得到很大的改善,从而减少了“糊层”的缓冲作用对粉磨效率的负影响,提高了磨机电能转化为机械冲击能的效率;在保持水泥颗粒分布不变的情况下,可使磨机产量得以提升,水泥粉磨电耗降低。助磨剂的提产效果明显,且在相同混合材掺量时,还使水泥的强度有适度的增加。我公司于2010年开始逐步使用液体助磨剂,从小磨试验开始直至大磨生产,统计得出使用助磨剂后平均台效提高了3~5t/h,且在相同混合材掺加量,水泥强度提高了1~3MPa,粉磨效率提升明显。

2.2 改善水泥流动性,减少水泥输送能耗

由于助磨剂的分散作用,在水泥颗粒表面形成的薄膜削弱了水泥颗粒之间的团聚力和对水泥输送、储存设备的粘附力,水泥的流体力学性能得以改善。通用水泥在掺加助磨剂以后,其流动度有所提高。而随着水泥流动性的改善变好,可带来诸多优势:①水泥流动阻力减小不易挂壁、结块,增加了水泥库的库容,且不用经常清库,节约清库成本,提高了水泥库的使用效率;②水泥流动阻力减小,可缩短水泥的输送和装卸时间,加快了水泥的运输速度,我公司为此专门做过数理统计;③可减少长途运输车辆的水泥挂壁和袋装水泥的结块现象而造成的浪费,尤其是袋装水泥的结块现象给用户会造成不必要的浪费。

2.3 提高水泥比表面积,提升产品质量

高效复合水泥助磨剂可以提高水泥比表面积,加快水泥水化速度。我公司在使用助磨剂之前水泥平均比表面积在330m2/kg左右,使用助磨剂之后水泥平均比表面积提高到了345m2/kg左右;复合助磨剂的增强激发成分的作用,能够有效提高水泥强度,提高产品质量,在水泥产量不变的情况下,掺用助磨剂的水泥与不掺加助磨剂的水泥相比,其早期和后期强度都有1~3MPa的提高。而随着水泥强度的提高,可以满足优质高标号水泥的生产要求,提高产品的竞争能力。由于助磨剂的增强作用,水泥配料时就可减少熟料用量,我公司经过计算熟料掺加量可减少3%到5%。这样:①可以增加混合材料的掺量,有利于使用更多的低品位工业废渣,减少环境污染,降低生产成本,增产增效并能获得很好的环境效益;②随着熟料用量的减少,在水泥总产量不变的情况下,可减少生产熟料所需的原料资源和煤炭、电力能源的消耗,减少CO2和粉尘的排放,具有很好的环境效益、能源效益和社会效益;③熟料用量的减少,能够降低水泥水化热,改善产品的使用性能,实现建筑物的节能降耗。

3 水泥助磨剂对水泥粉体性质及水化性能的影响

3.1 水泥助磨剂对水泥粉体性质的影响

在粉磨过程中加入水泥助磨剂后,不仅对水泥粉体本身性质如颗粒分布、流动性等产生影响,同时改变水泥水化进程、浆体性质及硬化后水泥石的各项性能。助磨剂的化学基团及结构的差异决定了其对粉末的颗粒级配、颗粒形貌、比表面积及休止角的改善差异,从而间接影响粉末流动性。

研究者研究了醇胺类及醇类助磨组分对水泥熟料粉磨的单位能量消耗(Specificenergyconsumption,E)c的影响,认为在Ec小于20kW·h/t时水泥细度增加呈线性的增加,粉磨过程符合Rittinger定律;而Ec超过20kW·h/t时,由于水泥结块发生而出现能量损失。在采用助磨剂的情况下,比表面积测试比筛余量测试更适合精确评估细度变化,特别是较高的研磨能量;受助磨剂种类及Ec的影响,助磨剂的加入可提升磨机生产率16~72%。

3.2 水泥助磨剂对水泥水化过程及水泥性能的影响

助磨剂的使用除了导致水泥粉体性质的物理改性外,还间接影响了水泥颗粒的水化性能及水化产物的性质,主要集中于水泥颗粒分布变化而导致的水化进程的变化和化学组分在粉末颗粒的表面吸附所导致的颗粒表面与水接触反应过程的变化两方面,进而导致水泥水化过程及产物变化及最终水泥硬化浆体性能的变化。水泥颗粒在与水拌合后,其颗粒表面各种熟料矿物立即开始溶解并与水发生化学反应形成水化物;作为表面活性剂的助磨剂在颗粒表面吸附后,改善了拌合水在颗粒表面的润湿与吸附过程,从而加速了各矿相在水中的溶解与水化进程。

另外,水泥助磨剂中的各类化学组分参与水泥水化过程(如C3A、C3S等的水化)而导致了水泥浆体和水泥石性能的变化。能够促进AFt向AFm的转化,优化孔隙结构和降低孔隙率。此外,部分助磨剂化学组分因改变了浆体中的离子环境或酸碱度而激发混合材的潜在活性,发生二次水化反应,从而改变了水泥石物理性能。不同助磨剂的引入改善了矿渣的水化活性,同时提高了水化体系中钙、硅离子的溶出量。

4 结语

助磨剂能够显著提高粉磨效率、降低单位产品能耗,是实现水泥工业节能降耗的有效途径。适量使用合适的助磨剂,可有效改善物料的易磨性,从而能够达到提高粉磨效率、改善水泥颗粒组成,继而能提升水泥品质,提高水泥的使用性能。随着水泥助磨剂研究的不断深入,很多新型、节能、高效、廉价的助磨剂将为水泥粉磨提供更加显著的助磨效果,为水泥工业的节能减排发挥更加重要的作用。

 


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